全再生骨料混凝土配合比设计与试验研究.pdf
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1、第 3 4卷第 4期 2 0 1 3年 8月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No r t h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 3 4 NO 4 Au g201 3 DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 0 1 3 0 4 0 1 4 全再 生骨料混凝土配合 比设计与试验研究 李晓克 ,郭 琦 ,赵顺波 ,李广欣 ,苏延峰 ( 华北水
2、利水 电大学 土木 与交通 学院, 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ) 摘要 : 采用再生砂 和再生粗骨料配制全再生骨料混凝 土 , 对其拌 合物 的工作性 能 、 立 方体抗 压强度 、 轴心抗 压强 度 、 劈裂抗拉强度 和弹性模量进行 了试验 研究 , 分析 了水灰 比、 砂率 对混凝 土的影 响规律 结果 表明 : 水 灰 比是影 响全再 生骨料混凝土力学性能 的主要 因素 , 存 在调节 混凝土 拌合物工作 性能 和基本力 学性能 的合 理砂 率 与现行混凝土结构设计 规范的混凝土基本力学性能取值规定 比较 , 全再生骨 料混凝土 的轴心 抗压 强度 可按 规范取值 , 但其抗拉
3、强度 和弹性模 量按规范取值则偏大 关键词 : 全再 生骨料混凝土 ; 再 生砂 ; 再生粗骨料 ; 配合比 ; 拌合物工作性 ; 强度 ; 弹性模量 中图分类号 : T V 4 2 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 5 3 0 4 由于混凝土结 构的使用寿命大多为几 十年 , 这 些结构完成其使用功能后 , 一般会被拆除和废弃 世 界上 每年 因拆 除 而 产 生 的混 凝 土 垃 圾数 量 惊 人 , 我 国每年的建筑垃圾达 4 0 0 0万 t , 废弃混 凝土就有 1 3 6 0 万 t 如何解决如此之多的建筑
4、垃圾 , 已经成为 世 界各 国研究 的热 点 再 生 骨料 混 凝 土 为 其 提供 了一个绿色环保的发展方 向, 关 于这方面的研究 国 内外也 取得 了一 定 的成 果 因河 砂 的大 规 模 开 采会 引发河道 的环境恶化 , 可考虑采用 1 0 0 的再生 砂作为细骨料 、 1 0 0 的再生粗骨料作为粗骨料配制 全再 生 骨料混 凝 土 , 以避 免河 道 环 境 恶 化 现 象 的发 生 通过试验研究 了全再生骨料混凝土 的拌合物工 作性 、 立方体抗压强度 、 轴心抗压强度、 劈裂抗拉强 度和弹性模量 , 分析了水灰 比、 砂率对混凝土的影响 规律 , 为再生骨料混凝土的配合
5、比设计提供参考 1 试验设计 1 1原 材料 水泥 采用 焦作 “ 坚 固 ” 牌 P 0 4 2 5级 普 通 硅 酸盐水泥 , 其标准稠度用水量 2 9 2 , 初凝和终凝 时间分别为 1 7 0 , 2 6 0 mi n , 密度 3 1 6 k g m , 2 8 d抗 压强 度 4 3 0 MP a 、 抗折 强度 7 0 M P a 再生 粗 骨 料利 用 废 弃混 凝 土 制备 将 土 木交 通 科学 研究 中心 废弃 的科研 梁 板 构件 ( 混凝 土 强度 等 级约为 C 4 0 ) 经人工初步拆分剔除钢筋后, 通过颚式 破碎机进行两次破碎成合适 的粒形 经过筛分选取 3个
6、单 粒级 配 , 粒 径 范 围为 51 0 m m, 1 02 0 m m, 2 0 2 6 5 m m, 按 粗骨 料 总 量 的 4 0 , 3 0 , 3 0 混 合 , 达到符合现行规范规定的碎石或卵石的颗粒连 续级 配范 围 再生 粗骨料 基 本性 质见 表 1 , 吸水 率 延时曲线如图 1 所示 表 1 再 生 粗 骨 料 基 本 性 质 瓣 图 1 再生粗骨料与再生砂吸水率延时 曲线 收稿 日期 : 2 0 1 30 32 5 基金项 目: 郑州 市科 技领 军人 才培育 计划 ( 0 9 6 S Y J H 2 3 1 0 5 ) ; 生态建 筑材料 河南 省高校 重点 实
7、验 室培育 基地项 目( 豫教 科外 2 0 0 9 6 0 9号 ) ; 生态建筑材料与结构工程河南省高校科技创新 团队支持计划 ( 1 3 I R T S T HN 0 0 2 ) 作者简介 : 李 晓克( 1 9 7 5 一 ) , 男 , 回族 , 河南许 昌人 , 教授 , 博 士, 主要从事混凝土及其结构理论与设计方面的研究 华北水利水 电学院学报 细骨 料为再 生 砂 , 由制备 的再 生粗 骨 料 筛 分而 成 , 表观 密度 为 2 3 8 7 k g m , 细 度模数 3 2 8 , 吸水率 延时曲线如图 1所示 , 1 h吸水率为 8 9 2 拌 合水 采 用生 活 饮
8、用 自来水 减 水 剂采 用 高效 减 水剂 , 减水率 为 2 5 1 2配 合 匕 设 计 参 照普 通 混凝 土 配合 比的设 计 方法 , 并基 于 自 由水灰 比的配合比设计 , 考虑集料的吸水率 , 引入附 加 水 ( 附) 的 概 念 - 9 由 图 1可 见 , 粗 、 细 骨 料 3 0 mi n 的 吸水率 已 经达 到 1 h吸水 率 的 8 0 以 , 且增 长率趋 于平稳 故 该 试 验 的 附加 水 用 量采 用 集 料 3 0 mi n时 的吸水率作 为 附加水 的计算 依据 , 总用 水量 为净用 水 量 ( 痔) 与 附 加 用 水 量 之 和 通 过 调 整
9、砂 率 以及 利用 减水 剂 进 一 步优 化 配 合 比设 计 试 验选 取 3个 系列 水 灰 比, 分 别 为 R CZ 3 0 ( W C: 0 4 0 )、 RCZ 4 0( W C=0 3 5) 和 R CZ 5 0( W C= 0 2 6 ) 每个 系列对 应 4个 砂率 配合 比设计 见表 2 表 2配合 比设 计 1 3试 验方 法 混凝 土搅 拌 时 , 首先 加入 附加用 水量 预湿粗 、 细 骨料 1 0 mi n , 然 后加 入掺 入 减 水剂 的净 用 水量 进 行 搅拌 混凝 土拌合 物 试验 和 混 凝 土力 学 性 能试 验 按 现行普 通混 凝土试 验方
10、法进行 “ 混凝 土标 准试 块成 型后 2 4 h脱模 , 放人 标准养 护室 中养 护 2 8 d进 行力 学性 能试验 2 试 验结果分析 2 1拌合 物工 作性 能 全再 生骨 料 混 凝 土 砂 率 一坍 落 度 关 系 如 图 2 所 示 图 2砂率 一坍落度关系 曲线 在水 灰 比相 同的情 况 下 , 全再 生 骨 料混 凝 土 的 坍落度随砂率的变化而变化 在砂率相对较小时, 坍 落度 随砂 率 的增 大 而增 大 , 但 砂 率 过 大 时其 坍落 度 值 反而有 所减 小 , 影 响 了其 工作 性能 , 其 发展 规律 与 普通 骨料混 凝土类似 通过调节砂 率 的方法
11、 获得全 再 生骨 料混凝 土 的合适工作性 是可行 的 全再 生骨料 混 凝土 W C=0 4 0的合理 砂率为 4 0 左右 , W C= 0 3 5 的合 理砂 率为 3 8 左右 , W C= 0 2 6的合理 砂 率为 3 6 左右 由于再 生细 骨料和 再生粗 骨料 的吸水 率都 比较 大 , 试 验 中记 录 了各强度 等级 的坍落 度延 时损失 , 绘 制成 曲线 , 如 图 3所示 时间 m i n 图 3坍 落 度 延 时 损 失 曲线 8 7 6 5 4 3 2 E 密 第 3 4卷第 4期 李 晓克 , 等 : 全再 生骨料混凝土配合 比设计与试验研究 5 5 不同强度
12、等级下 的全再生骨料混凝土, 其坍落 度损失速率和数值相差不大 , 损失较快的时间集 中 在前 3 0 m i n 所 以在不加入其他外掺剂 的情况下 , 全 再生 骨料 混凝 土试 件 成 型 过 程 中, 施 工 时 间应 尽 量 控制 在 3 0 m i n以内 2 2混 凝土 抗压 强度 如 图 4所 示 , 水 灰 比仍 是 全 再 生骨 料 混 凝 土抗 压强度的主要影响因素 在水灰 比相 同的情况下砂 率 的变化 虽然 导 致 了混 凝 土 强 度 小 幅 度 变化 , 但 仍 处 于 同一 强度 等级 比较立 方 体抗 压强 度 和 轴心 抗压强度 值 , 发现立方体抗压强度的
13、变化幅度要 小 于轴 心抗 压强 度 整 体来 看 , 其 特 点类 似 于普通混 凝土, 合理的砂率填充混凝土的细小缝隙, 使得混凝 土更加密实 , 强度更高 使各水灰 比的全再生骨料混 凝土抗压强度较高的合理砂率 , 同时也使拌合物的 工作 性 能较好 图 4砂 率与混凝土抗压 强度的关系 由图 4可 知 , 全 再 生 骨 料混 凝 土 的 轴心 抗 压 强 度与立方体抗压强度的比值 = 0 8 4 0 9 5 根 据文献 1 21 3 , 当 5 0 MP a时, 该 比值对应于 普通 混凝 土 应 取 0 7 6 因 此 , 按 照 现 行 规 范 由混 凝 土强度等级对应选取轴心抗
14、压强度 , 适用于全再生 骨 料混 凝土 , 且 是偏 于安全 的 2 3混凝 土抗拉 强度 全再 生骨料混凝 土的劈裂 抗拉强 度 。 也 随着 砂 率的变化而变化, 数值上随水灰 比的减小而增大 , 总 体变 化规律与立方 体抗压强 度类似 , 如 图 5所示 图 5砂率 与混凝 土抗拉 强度的关系 根据 文献 1 21 3 , 普 通混 凝 土 的抗 拉 强度 计 算公 式为 = 0 3 9 5 f: ,” ( 1 ) 按式 ( 1 ) 计 算 全 再 生 骨 料 混 凝 土 的抗 拉 强 度 , 与劈 裂抗 拉强 度 的试 验 值 比较 如 图 5所 示 可 见试 验值与计算值 的 比
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